SKS Fisika SMA

StraPt1e=gPi2 Kebut Semalam Fisika SMA F1 F2 ⇔ A1 = A2 ⇔ 20 = F2 30 900 ⇔ F2 = 600 N Jawaban: C 3. Gaya apung terjadi yang bekerja pada suatu benda yang berada dalam fluida adalah …. (1) sebanding dengan kerapatan zat cair (2) sebanding dengan kerapatan benda (3) sebanding dengan volume benda yang masuk pada zat cair (4) sebanding dengan massa benda Pembahasan: Gaya apung : Fa = ρf .g.Vcelup ρf = kerapatan zat cair Vcelup = volume benda yang masuk zat cair Jawaban: B 4. Sebuah balok kubus dari kayu yang sisinya 10 cm dan kerapatannya 0,5 g/cm3, terapung di dalam sebuah bejana berisi air. Sejumlah minyak dengan kerapatan 0,8 g/ cm3 dituangkan ke atas air itu, sehingga permukaan atas lapisan minyak berada 4 cm di bawah permukaan atas balok itu. Besarnya tekanan total pada permukaan bawah balok adalah (dalam kilopascal)… (SNMPTN 2008) A. 100,5 C. 301,5 E. 502,5 B. 201 D. 402 93

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Pembahasan: Kubus kayu di dalam kedua zat cair tersebut mengalami gaya ke atas dari minyak (Fm), gaya ke atas dari air (Fa), dan gaya berat (w) ∑F = 0 (benda terapung) w = Fm + Fa mg = ρmVmg + ρaVag (Vm = volume kubus dalam minyak; Va = volume kubus dalam air) ρbVb = ρmVm + ρaVa (0,5g/cm3)(1.000cm3) = 0,8 . Vm + 1 . Va Volume kubus yang tercelup ke dalam fluida adalah = (10 - 4) cm × 10 cm × 10 cm = 600 cm3 Vm + Va = 600 cm3 ⇔ Va = 600 - Vm ⇔ 500 = 0,8 Vm + (600 - Vm) ⇔ 100 = 0,2 ⇔ Vm = 500 cm3 Sehingga, Va = (600 - 500) cm3 = 100 cm3 Karena sisi kubus = 10 cm, maka tinggi kubus yang tercelup ke dalam minyak (hm) dan air (ha) adalah: hm = 500 cm3 = 5 cm = 0,05 m 100 cm2 ha = 100 cm3 = 1 cm = 0,01 m 100 cm2 94

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Ketika tercelup ke dalam fluida, kubus akan mengalami tekanan atmosfer (p0) ke bawah dan tekanan hidrostatik ke atas (dalam hal ini, phm dan pha), sehingga: ptot = p0 – (phm + pha) = 1,01 × 105 Pa – (ρmghm + ρagha) = 1,01 × 105 Pa – {(800 kg/m3 × 10 m/s2 × 0,05 m) + (1.000 kg/m3 × 10 m/s2 × 0,01 m)} = 1,01 × 105 Pa – (400 Pa + 100 Pa) = 100.500 Pa = 100,5 kPa. Jawaban: A 5. Sebuah pancaran air yang keluar dari pipa yang dipasang setinggi 20 m di atas permukaan tanah, jatuh sejauh 8 m. v pipa 20 cm 8 cm tanah Jika luas penampang dalam pipa A = 50 cm3, maka debit air pada pipa adalah … (dalam Liter/s). A. 10 B. 16 C. 20 D. 24 E. 32 Pembahasan:  y = 1 g t2 2 95

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA ⇔ 20 = 1 .10.t2 2 ⇔ t2 = 4 ⇔ t = 2 sekon  x = v . t ⇔ 8= v.2 ⇔ v = 4 m/s Dengan demikian diperoleh: Q = A .v = 50 × 10-4 × 4 = 2 × 10-2 m3/s Q = 20 L/s Jawaban: C 6. Gambar di bawah ini menunjukkan sebuah pipa XY. Pada pipa itu, air dialirkan dari kiri ke kanan. p1 , p2, dan p3 adalah tekanan pada titik-titik di bawah pipa A, B, dan C. Pernyataan yang benar adalah …. XY air masuk A BC A. p1 > p2 < p3 D. p1 > p2 > p3 B. p2 > p1 < p3 E. p1 = p2 = p3 PCe. mpb1a>haps3a<n :p2 Dari asas Bernoulli: makin besar lajunya, makin kecil tekanannya, maka: 96

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA X Y air masuk A BC P1 > P2 dan P2 < P3 Jawaban: A 7. Benda yang volumenya 100 cm3, ketika ditimbang di dalam air murni menunjukkan massa semuanya sebesar 120 gram. Jika rapat massa air murni 1 g/cm3, maka rapat massa benda tersebut adalah .... (UM UGM 2009) A. 2.400 kg/cm3 D. 1.800 kg/cm3 B. 2.200 kg/cm3 E. 2.600 kg/cm3 C. 2.000 kg/cm3 Pembahasan: wA = wB – FA Jadi, didapat: mA.g = ρB.VB.g – ρA.VB.g ⇔ mA = (ρB – ρA).VB ⇔ ρB – ρA = mA/VB ⇔ ρB – 1 = 120/100 ⇔ ρB = 2,2 g/cm3 = 2.200 kg/m3 Jawaban: B 97

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA C. ZAT DAN KALOR 1. Suhu Alat untuk mengukur suhu disebut termometer. Hubungan antara skala termometer, pemuaian zat cair, yang satu dengan lainnya diberikan: Xt Yt titik didih air XY X0 Y0 titik beku air termometer X termometer Y X − X0 = Y − Y0 Xt − X0 Yt − Y0 X : suhu yang ditunjukkan termometer X, Y : suhu yang ditunjukkan termometer Y. Untuk skala Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin hubungannya sebagai berikut: C RF K 100 80 212 373 titik didih air 0 0 32 273 titik beku air Celcius Reamur Fahrenheit Kelvin 98

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA C : R : (F – 32) = 5 : 4 : 9 Untuk hubungan skala Kelvin (K) dan Celcius (C): K = 273 + C 2. Pemuaian Kebanyakan zat memuai jika dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Memuai = bertambah panjang, bertambah luas, dan bertambah volume • Pemuaian Panjang L = α . L0 . T L0L = panjang mula-mula, (m) = perubahan panjang, (m) T = perubahan suhu, (K atau Co) α = koefisien muai panjang, (/K atau /Co) Setelah suhu naik ∆T, panjangnya menjadi: L = Lo + L • Pemuaian Luas A = b . A0 . T AoA = luas mula-mula (m2), = perubahan luas (m2), T = perubahan suhu (K atau Co), β = koefisien muai luas (/K atau /Co), dengan β = 2α. Setelah suhu naik ∆T, luasnya menjadi: A = Ao + A 99

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA • Pemuaian Volume p.V = tetap T Vo = volume mula-mula (m3), ∆V = perubahan volume (m3), ∆T = perubahan suhu (Co), Υ = koefisien muai volume ( /Co), dengan Υ = 3 α. Setelah suhu naik ∆T, volumenya menjadi: V = Vo + ∆V • Hukum pada Pemuaian Gas Hukum Boyle – Gay Lussac Perbandingan antara hasil kali tekanan dan volume gas dengan suhu mutlaknya (satuan Kelvin) adalah konstan. p.V = tetap T Jika pada suhu T1 volume gas V1 dan tekanannya p1; dan pada suhu T2 volume gas V2 dan tekanannya p2, maka berlaku: p1 . V1 = p2 . V2 T1 T2 100

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 2. KALOR a. Kalor Menaikkan atau menurunkan suhu: suhu naik → kalor diserap/diterima suhu turun → kalor dilepas Q = m.c.∆T m = massa benda (kg, g), c = kalor jenis benda (J/kg K; kal/gK), ∆T = perubahan suhu. b. Kalor Perubahan Wujud Mencair, menguap → kalor diserap Membeku, mengembun → kalor dilepas Q = m.L m = massa benda (kg, g), L = kalor laten/kalor lebur/kalor uap (J/kg; kal/g). c. Asas Black Pada proses percampuran beberapa zat terjadi proses pelepasan dari yang suhu/fase tinggi ke suhu/fase lebih rendah. Penerimaan kalor ini akan terus berlangsung sampai kedua benda itu memiliki suhu yang sama. Pada proses ini berlaku: Jumlah kalor dilepas = jumlah kalor diserap. Qlepas = Qterima 101

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA • Perpindahan Kalor Ada 3 cara perpindahan kalor, yaitu: 1. Konduksi (hantaran/rambatan) → biasa pada zat padat 2. Konveksi (aliran) → biasa pada zat cair dan gas 3. Radiasi (pancaran) → tanpa zat perantara 1. Laju Perpindahan Kalor secara Konduksi dirumuskan: H = Q = k A . ∆T t L Q/t : laju kalor secara konduksi (J/s), k : konduktivitas (koefisien konduksi) termal zat, (W/m K), A : luas penampang lintang (m2), ∆T : selisih suhu antara ujung-ujung zat padat (K), L : panjang (tebal) zat padat (m). Pada persambungan 2 konduktor berlaku laju rambatan kalor sama. TxTTY TxTTY TxTTY XY hX = hY kX AX .(TX − T) = kY AY .(T − TY ) LX LY 102

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 2. Laju Perpindahan Kalor secara Konveksi dirumuskan: Q = h. A . ∆T t Q/t : laju kalor secara konveksi (J/s atau W), A : luas permukaan benda yang kontak dengan fluida (m2), ∆T : beda suhu antara benda dan fluida (Co atau K), h : koefisien konveksi (J/s m2K). 3. Laju Perpindahan Kalor secara Radiasi, yang secara matematis dituliskan: P = Q = eσ A T4 t P : daya (laju) radiasi energi (J/s atau W), e : emisivitas permukaan, σ : konstanta Stefan-Boltzmann ( = 5,67 x 10-8 W/m2K4), A : luas permukaan benda (m2), T : suhu mutlak benda (K). Jika sebuah benda berada dalam kesetimbangan termis dengan sekitarnya, T = Ts, dan benda memancarkan serta menyerap radiasi pada laju yang sama, maka laju total radiasi sebuah benda pada suhu T dengan lingkungan pada suhu Ts adalah: Ptotal = e σ A ( T4 – Ts4 ) 103

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Soal dan Pembahasan 1. Filamen pemanas listrik dengan hambatan 48 Ω dan tegangan operasi 240 volt digunakan untuk memanaskan 100 kg air. Kalor jenis air adalah 4.200 J/(kgoC). Waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air dari 40 oC menjadi 60 oC adalah… (UM UGM 2009) A. 700 s D. 7.000 s B. 1.000 s E. 11.000 s C. 3.000 s Pembahasan: Rumus energi listrik: Q = V2.t/R Rumus energi kalor: Q = m.c.ΔT 2. –EbVaS⇔⇔⇔⇔⇔⇔⇔11unn2e2TT44.ag0ert00aTTT−−/tkTTTTt2ruRrgo−−a114=((++Ct=++++i−−66i880((=:1822−−2222l2200−2ki4t,m00s22000000.e44e0t00))tt8==r.r====i/.c))im,ko4k1.48998C==a11−−−−8Δ0o4b8899⋅⋅3333226meTk=((00e2222.−−1100e sre1422t33u−−imt0822k−−eb330/))aera(3322n.2ha2244cimram20i02mree)0nnd=eu.jana72nndd.0j0iuidm0kei0khJenaa.nsewnuKrganeibnjuakaankainkkgl:oaakDnnra, s⇔kalTa =te−rm48o,m44eter ini bersifat linear terhadap kenaikan suhu. Angka yang ditunjukkan termometer tersebut ketika termometer berskala Fahrenheit menunjukkan angka 0o adalah … (UM UGM 2009) 104

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA A. –8,44 D. –48,44 B. –18,44 E. –58,44 C. –28,44 Pembahasan: Titik beku (titik bawah) pada termometer RFauhmreunshpeeirtbnailnadi iFn0g=an-3d2uoFa dbaunahF1te=r2m1o2moFeter: T − T0 = F − F0 T1 − T0 F1 − F0 Jadi, diperoleh: T − (−20) = 0 − 32 140 − (−20) 212 − 32 ⇔ T + 20 = −32 160 180 ⇔ T + 20 = −32 8 9 ⇔ T + 20 = 8 ⋅ (−32) 9 ⇔ T = −48,44 Jawaban: D 3. Dua macam zat cair sejenis tapi berbeda suhu dicampur. Massa zat cair yang lebih dcpcaauaiinarraykysaaan(lnimggs1ul)elhebsubaihimahwpadaadinlneazgnasintg(aTcn(1am)irdj2uu)y.gaaanSkgusaahllimeubmaiahawdsdesaainlnggzzaaainntt T2 = 30 oC. Suhu campuran pada keadaan setimbang adalah ... (UM UGM 2008) 105

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA A. 55 oC D. 40 oC B. 50 oC E. 35 oC C. 45 oC Pembahasan: Dengan menggunakan Asas Black (hukum kekekalan energi kalor): Qlepas = Qterima ⇔ m1.c.(T1 – TC) = m2.c.(TC – T2) ⇔ 2m2.c.(60 – TC) = m2.c.(TC – 30) ⇔ 120 – 2TC = TC – 30 ⇔ TC = (120 + 30)/3 = 50 0C Jawaban: B 4. Benda hitam pada suhu T memancarkan radiasi dengan daya sebesar 300 mW. Radiasi benda hitam tersebut pada suhu ½T akan menghasilkan daya sebesar ...(UM UGM 2009) A. 300 mW D. 37,5 mW B. 150 mW E. 18,75 mW C. 75 mW Pembahasan: Daya pada peristiwa radiasi berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhunya, atau P ~ T4. Jadi, diperoleh hubungan: P1 = T14 P2 T24 300 T 4 P2 = (12T)4 P2 = 300 = 18,75 mW Jawaban: E 24 106

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 5. Dua batang logam P dan Q disambungkan pada salah satu ujungnya. Dan ujung-ujung yang lain diberi suhu yang berbeda. Lihat gambar! 60o P Q 30o AB C Bila panjang dan luas penampang kedua logam sama tapi konduktivitas logam P dua kali konduktivitas logam Q, maka suhu tepat pada sambungan di B adalah .… (UNAS 2009) A. 20 B. 30 C. 40 D. 50 E. 60 Pembahasan: Pada persambungan berlaku: Hp = HQ Ukuran sama (A dan d) sama besar kQ .A(TQ) kP .A(TP ) = d d ⇔ 2kQ (60 − T) = kQ (T30) ⇔ 120 – 2T = T – 30 ⇔ T = 50 oC Jawaban: D 6. Suatu pelat dari logam berbentuk persegi de- ngan sisi 10 cm koefisien muai panjang logam adalah 3 x 10-5/oC. Jika temperatur pada pelat dipanasi hingga bertambah 20 oC, maka luas plat logam tersebut menjadi … cm2. A. 112 C. 100,12 E. 100,0012 B. 101,2 D. 100,012 107

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Pembahasan: Pertambahan luas pemuaian: ∆A = Ao.β.∆T Dengan: β = 2α = 2(3 x 10-5/oC) = 6 x 10-5/oC ∆A = Ao.β.∆T = (10 x 10)(6 x 10-5)(20) = 0,12 cm2 Luas logam menjadi: At = 100 + 0,12 = 100,12 cm2 Jawaban: C 7. Gas ideal yang berada dalam suatu bejana dimampatkan (ditekan), maka gas akan mengalami…. (UNAS 2009) A. penurunan laju partikel B. penurunan suhu C. kenaikan suhu D. penambahan partikel gas E. penurunan partikel gas Pembahasan: Volume konstan, maka berlaku: P1 = P2 T1 T2 Ditekan = tekanan naik: P2 > P1 → T2 > T1 Suhu ikut naik → laju efektif ikut naik. Jawaban: C 108

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA D. TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMIKA 1. Gas Ideal Sifat-sifat gas ideal: • Gas ideal terdiri dari partikel-partikel tersebar merata dalam ruang dengan jumlah sangat banyak. • Partikel gas ideal bergerak secara acak. • Gerak partikel gas ideal mengikuti Hukum Newton tentang gerak. • Ukuran partikel gas ideal jauh lebih kecil daripada jarak antara partikel-partikelnya. • Tidak adanya gaya luar yang bekerja pada partikel gas, kecuali bila terjadi tumbukan. p.V = nRT atau p.V = NkT Keterangan: p = tekanan gas (Pa) V = volume gas (m3) n = jumlah mol (g/mol) = n= m N T = suhu mutlak (K) Mr = NA R = tetapan gas umum = 8,31 J.mol– 1 . K–1 N = jumlah partikel gas k = konstanta Bolzman = k = 1,38 . 10–23 J.K–1 m = massa gas Mr = berat molekul gas R = k . NA NA = 6,02 . 10 23 molekul/mol 109

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 2. Hukum I Termodinamika Intisari Hukum I Termodinamika: Energi kalor mengalir ke dalam sebuah sistem, akan diterima sistem untuk mengubah energi di dalamnya dan atau melakukan usaha terhadap lingkungannya. Q = W + ∆U Q = banyaknya kalor yang diserap/dilepaskan oleh sistem W = usaha yang dilakukan oleh gas terhadap lingkungan ∆U = perubahan energi-energi dalam sistem Soal dan Pembahasan 1. Sejumlah gas ideal menjalani proses isobarik (tekanan tetap), sehingga suhu kelvinnya menjadi 4 kali semula. Volumenya menjadi n kali semula, dengan n adalah … kali semula. A. 4 B. 3 C. 2 D. ½ E. ¼ Pembahasan: Perubahan gas ideal memenuhi: p1V1 = p2 V2 N1T1 N2T2 Karena tekanan (p) tetap dan jumlah (N) gas sudah tetap, maka: V1 = nV1 ⇔ n = 4 T1 4T1 Jawaban: C 110

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 2. Perhatikan grafik P – V untuk mesin Carnot seperti gambar! Jika mesin mempunyai efisiensi 57 %, banyak- nya panas yang dapat diubah menjadi usaha adalah .… A. 0,57 Q1 C. 0,32 Q1 E. 0,21 Q1 B. 0,37 Q1 D. 0,27 Q1 Pembahasan: Efisiensi Carnot: η= W ⇔ 0,57 = W ⇔W= 0,57Q Q1 Q1 Jawaban: A 3. Gas ideal monoatom sebanyak 1 kmol pada tekanan konstan 1 atm (1 atm = 1,0 x 105 N/m2) dipanaskan dari 27 oC ke 127 oC. Perubahan tenaga dalam (∆U) gas akibat pemanasan tersebut adalah sekitar … x 106 J. A. 2,9 C. 1,25 E. 0,42 B. 2,08 D. 0,83 111

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Pembahasan: dalam: U = 23 n.R.(T) Perubahan energi − 27) ≈ 1,25 x 106 J U = 3 (105 )(127 2 Jawaban: C 4. Sejumlah gas dalam tabung tertutup dipanas- kan secara isokhorik, sehingga suhunya men- jadi empat kali semula. Energi kinetik rata- rata gas akan menjadi…. (UNAS 2009) A. ¼ kali semula B. ½ kali semula C. sama dengan semula D. 2 kali semula E. 4 kali semula Pembahasan: Ek = 3 k.T → Ek ∝ T 2 suhu empat kali (4T) → 4 Ek Jawaban: E 5. Kecepatan efektif molekul hidrogen pada suhu 300 K adalah v. Berapakah kecepatan efektif molekul hidrogen pada suhu 450 K? A. 2v C. v 3 E. 9v 2 4 B. v 2 D. 3v 3 2 112

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Pembahasan: vrms = 3R.T karena gas sama , M v2 = 450 → v2 = v 3 v 300 2 Jawaban: C 6. Satu mol gas ideal mengalami proses isotermal pada suhu T, sehingga volumenya menjadi dua kali. Jika R adalah konstanta gas molar, usaha yang dikerjakan oleh gas selama proses tersebut adalah… (SNMPTN 2009) A. RTV D. RT ln 2 B. RT ln V E. RT ln(2V) C. 2RT Pembahasan: Usaha pada proses isotermal adalah: V2 W = n RT ln V1 karena V2 = 2 V1 = n RT ln 2V1 V1 = RT ln 2 Jawaban: D 7. Di bawah adalah p N/m2 grafik P (tekanan) –V (volume) p2 A B suatu gas di ruang p1 D C tertutup, yang v2 v m3 mengalami berbagai v1 proses. 113

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Bagian dari grafik yang menyatakan gas memperoleh usaha luar adalah …. A. AB C. CD E. AC B. BC D. DA Pembahasan: Memperoleh usaha dari luar = volume memampat pada CD Jawaban: C 8. Pernyataan yang benar tentang mesin Carnot dari gas ideal adalah… (SNMPTN 2009) 1. usaha yang dihasilkan tidak nol. 2. jumlah kalor yang masuk tidak nol 3. jumlah kalor yang masuk lebih besar dari jumlah kalor yang keluar 4. efisiensi dalam berubah Pembahasan: Pada siklus Carnot gas ideal: • Usaha yang dihasilkan tidak nol, yaitu sama dengan panas (kalor) yang diserap dari tandon panas, yaitu: - Jumlah kalor yang masuk tidak nol, yaitu kalor yang berasal dari tendon panas. - Jumlah kalor yang masuk lebih besar dari jumlah kalor yang keluar. - Efisiensi dalam mesin Carnot tidak berubah. Jadi, (1), (2), (3) benar, berarti pilihan yang tepat adalah A. Jawaban: A 114

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 9. Satu mol gas ideal pada suhu T memuai secara isotermal sampai volumenya tiga kali lipat. Berapakah perubahan entropi dari gas ini (R = tetapan umum)? A. R ln(3) C. 2R ln(5) E. 2RT ln(4) B. 2R ln(2) D. RT ln(3) Pembahasan: Perubahan entropi: S =  Q  Q = W + ∆U  T  Pada proses isotermal ∆U = 0 dan W = nRT.n( V2 ) V1 = (1)RT.n( 4V ) V = RT.n(4) Perubahan entropi: Jawaban: A 115



Strategi Kebut Semalam Fisika SMA BAB 3 GELOMBANG

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA A. GELOMBANG MEKANIK 1. Pengertian Gelombang Gelombang adalah getaran yang merambat atau energi yang menjalar. Setiap gelombang memiliki cepat rambat: v = λ.f = λ T v = cepat rambat gelombang (m/s) λ = panjang gelombang (m) f = frekuensi gelombang (Hz) = jumlah gelombang tiap waktu T = periode gelombang (s) = waktu untuk terjadi satu gelombang Karena merambat, maka ada jarak yang ditempuh, yaitu S = v × t dengan t = waktu (s). 2. Beberapa Bentuk Gelombang - Transversal - Longitudinal rapatan λ regangan λλ λ satu gelombang : 1 bukit dan 1 lembah satu gelombang : 1 rapatan dan - Stasioner 1 regangan rapatan simpul λλ 118

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 3. Persamaan Gelombang Gelombang transversal (+) : awal getar sudut fase awal ke atas Y = ±Asin(ωt ± kx +θO) (-) : merambat ke kanan Sudut fase : θθ ==(ωωtt±±kkxx++θθo 0)) Fase : ϕ = θ = θ 2π 3600 Gelombang stasioner • Ujung Terikat Y = 2A cos(kx)cos(ωt − k) ujung • Ujung Bebas Y = 2A cos(kx)cos(ωt − k) ujung l = panjang tali 119

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Untuk semua: A : amplitudo gelombang transversal ω : frekuensi sudut: ω = 2π.f = 2π → f = ω T 2π f : frekuensi dan T: periode k : bilangan gelombang: k = 2π → λ = 2π λ k λ : panjang gelombang x : posisi dan t: waktu Cepat rambat gelombang dapat juga dirumuskan: v = λ.f = ω k 4. Percobaan Melde Percobaan Melde bertujuan untuk menentukan cepat rambat gelombang transversal dalam dawai. L sumber getaran katrol beban Didapat cepat rambat gelombang pada dawai: v= F dengan m µ µ= L 120

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA F = gaya tegangan tali (N) m = massa dawai sepanjang L (kg) L = panjang dawai (m) μ = massa per satuan panjang dawai (kg m s–1) B. GELOMBANG BUNYI Daerah frekuensi bunyi: • 20 Hz –20.000 Hz : frekuensi audio (dapat didengar manusia) • di bawah 20 Hz : frekuensi infrasonik • di atas 20.000 Hz : frekuensi ultrasonik Bunyi dengan frekuensi teratur disebut nada, tinggi rendahnya nada bunyi ditentukan oleh frekuensi bunyi. 1. Cepat Rambat Bunyi Cepat rambat bunyi dalam gas Berdasarkan Hukum Laplace: v= RT γM R = konstanta gas umum = 8,31 x 10 3 J mol–1 K–1 T = suhu mutlak M = berat molekul (kg mol–1) Ύ = konstanta Laplace, bergantung jenis gas Cepat rambat bunyi dalam zat cair v= B ρ di mana: B = modulus Bulk, (N m–2) ρ = massa jenis zat cair, (kg m–3) 121

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Cepat rambat bunyi dalam zat padat v= E ρ E = modulus Young zat padat, (N m–2) ρ = masa jenis zat padat, (kg m–3) 2. Frekuensi pada Dawai dan Pipa Organa Frekuensi Getaran dalam Dawai fn = (n + 1) ×v (n = 0, 1, 2, 3, ....) 2L Frekuensi Getaran Pipa Organa Terbuka fn = (n + 1) × v (n = 0, 1, 2, 3, ....) 2L Frekuensi Pipa Organa Tertutup fn = (2n + 1) × v (n = 0, 1, 2, 3, ....) 4L n = 0 → nada dasar n = 1 → nada atas I n = 2 → nada atas II 3. Efek Doppler • Jika sumber bunyi dan pendengar relatif mendekat → frekuensi terdengar lebih tinggi . 122

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA • Jika sumber bunyi dan pendengar relatif menjauh → frekuensi terdengar lebih rendah . • Jika sumber bunyi dan pendengar relatif diam → frekuensi terdengar sama . fp = v ± vp × fs v ± vs vvps (+) : pendengar mendekati sumber bunyi. (+) : sumber bunyi menjauhi pendengar. üüüüüüüüüüüü terdengar bunyi lebih tinggi dr frekuensi sumber (fp > fs) (fp > fs) 4. Energi Bunyi dan Daya Energi Gelombang: Daya: E = 1 mA2 ω2 = 2π2m.f 2 .A2 P = E 2 t 5. Intensitas Bunyi (Daya Tiap Satu Satuan Luas) I = P = E A A.t Untuk luasan bola: I = P 4πr2 123

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Taraf intensitas bunyi adalah tingkat/derajat kebisingan bunyi. Batas kebisingan bagi telinga manusia: 10-12 watt.m-2 sampai 1 watt.m-2. Taraf Intensitas Bunyi diberikan: TI = 10log I (desi Bell atau dB) I0 Perbedaan taraf intensitas bunyi karena perbedaan jarak: r1 sumber TI1 bunyi makin jauh TI r2 makin kecil TI2 Taraf intensitas bunyi n kali sumber → makin banyak makin besar TTIIn1 : taraf intensitas 1 sumber bunyi : taraf intensitas n kali sumber bunyi C. GELOMBANG ELEKTROMAGNET Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam vakum memenuhi hubungan: 1 C= µo εo μεoo = permeabilitas vakum (= 4π x 10-7 Wb/A.m) = permitivitas vakum (= 8,85 x 10-12 C2/N.m2) 124

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 1. Sifat-sifat Gelombang Elektromagnetik Berdasarkan hasil percobaan H.R. Hertz, gelom- bang elektromagnetik memiliki sifat-sifat sebagai berikut: • Merupakan gelombang transversal • Dapat merambat dalam ruang hampa • Dapat mengalami refleksi • Dapat mengalami refraksi • Dapat mengalami difraksi • Dapat mengalami interferensi • Dapat mengalami polarisasi • Tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun magnet 2. Spektrum Gelombang Elektromagnetik Urutan spektrum gelombang elektromagnetik mulai dari frekuensi terkecil ke frekuensi terbesar: - gelombang radio me Frekuensi (f): membesar - gelombang televisi ji Panjang gelombang: mengecil - gelombang radar ku - sinar inframerah hi - cahaya tampak bi ni - sinar ultraviolet u (ungu) - sinar -X - sinar gamma 3. Kuat Medan Listrik dan Kuat Medan Magnetik Persamaan medan listrik dan magnetik masing- masing: E = Emaks cos (kx - ωt) B = Bmaks cos (kx - ωt) 125

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Maka, akan diperoleh hubungan: Emaks E = ω =c Bmaks =−B k Emaks = amplitudo medan listrik , (N/C) Bmaks = amplitudo medan magnetik, (Wb/m2) c = laju gelombang elektromagnetik dalam vakum 4. Intensitas (laju energi tiap luasan) Gelombang Elektromagnetik Intensitas gelombang elektromagnetik (laju ener- gi per m2) disebut juga Poynting (lambang S), yang nilai rata-ratanya: S =I = P = Em .Bm = Em2 = c.Bm2 A 2µo 2µo .c 2µo 5. Rapat Energi Rata-rata u = S dan c = laju GEM dalam vakum c D. OPTIK FISIS 1. Warna Cahaya • Cahaya polikromatik: cahaya yang dapat terurai menjadi beberapa macam warna. • Cahaya monokromatik: hanya terdiri dari satu warna. • Satu warna: memiliki satu kisaran panjang gelombang. 126

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 2. Dispersi Sinar Putih • Dispersi adalah penguraian cahaya menjadi komponen-komponen warna dasarnya. • Sinar putih dapat terurai menjadi beberapa warna. Penguraian sinar putih dapat meng- gunakan prisma. Dari percobaan didapat deviasi minimum berurutan dari kecil ke besar: merah - jingga - kuning - hijau - biru - nila - ungu. • Sudut dispersi (φ) adalah beda sudut deviasi minimum ungu dengan sudut deviasi mini- mum merah. φ = (Dnuu--D1m)β - (nm - 1)β = = (nu - nm)β nnβum = indeks bias sinar ungu = indeks bias sinar merah DDmu = sudut prisma = deviasi minimum ungu = deviasi minimum merah 3. Percobaan Interferensi Thomas Young Dengan membangkitkan sumber sinar koheren dengan menggunakan celah ganda. Hasil per- paduan (interferensi) berkas sinar adalah pola garis gelap terang pada layar. 127

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA dθ layar L terang-2 gelap-2 terang-1 yn gelap-1 terang pusat Interferensi maksimum (terang) terjadi: dsinθ = m.λ m = 0, 1, 2, .... Interferensi minimum (gelap) terjadi: dsinθ =  m − 1 λ m = 1, 2, 3, .... 2  dengan: d : jarak antarcelah θ : sudut antara terang pusat dengan terang ke-n λ : panjang gelombang cahaya Untuk sudut yang relatif kecil berlaku pendekatan: sinθ ≅ yn = tanθ L yn = jarak antara terang pusat dengan terang ke-n L = jarak antara celah dan layar 4. Difraksi Celah Tunggal • Difraksi celah tunggal terjadi jika cahaya dirintangi oleh celah yang sempit. • Interferensi maksimum terjadi jika: dsinθ =  m − 1 λ m = 1, 2, 3, ... 2  128

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA • Interferensi minimum terjadi jika: dsinθ = m.λ m = 1, 2, 3, ... dengan d = lebar celah. Untuk sudut yang relatif kecil berlaku pendekatan: sinθ ≅ yn = tanθ L 5. Difraksi pada Kisi (Celah Banyak) Dengan memperbanyak celah, dapat memper- tajam garis gelap dan terang hal tersebut ada pada percobaan difraksi kisi. Jika N menyatakan banyaknya garis (celah) per satuan panjang, maka: 1 N d = • Interferensi maksimum (terang) terjadi: dsinθ = m.λ m = 0, 1, 2, .... • Interferensi minimum terjadi jika: dsinθ =  m − 1 λ m = 1, 2, 3, .... 2  dengan d = lebar celah. Untuk sudut yang relatif kecil berlaku pendekatan: sinθ ≅ yn = tanθ L 129

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 6. Jarak Terang/Gelap Berurutan Dari ketiga kasus di atas untuk menentukan jarak antargaris gelap atau antargaris terang diberikan: ∆y = L × λ d 7. Perhitungan Difraksi pada Daya Urai Suatu Lensa Dua benda titik tepat dapat dipisahkan (terlihat jelas pisah) jika pusat dari pola difraksi benda pertama berimpit dengan minimum pertama dari difraksi benda kedua. dm θm D Lensa Layar θm : sudut pemisah (sudut resolusi minimum) Agar dua benda titik masih dapat dipisahkan secara tepat berlaku: sinθm = 1,22 λ D Karena sudut θm sangat kecil, persamaannya menjadi: θm .L = dm = 1,22 λ.L D 130

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 8. Interferensi pada Lapisan Tipis sumber pengamat cahaya rr d lapisan tipis Interferensi maksimum: 2nd cos r = (m–1/2)λ ; m = 1, 2, .. Interferensi minimum: 2nd cos r = mλ ; m = 0, 1, 2 .. n : indeks bias lapisan tipis E. POLARISASI CAHAYA • Polarisasi adalah proses penyerapan sebagian arah getar gelombang transversal. • Cahaya yang sudah dipolarisasi disebut cahaya terpolarisasi. • Akibat polarisasi cahaya merambat dengan arah getar tertentu saja, sedang arah getar lain terserap atau terkurangi. 1. Polarisasi karena Pemantulan Sudut sinar datang yang menyebabkan cahaya terpolarisasi seperti pada gambar adalah 57o. 131

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 2. Polarisasi karena Pembiasan dan Pemantulan N i i medium 1 medium 2 • Polarisasi dapat terjadi antara sudut sinar bias dan sinar pantul siku-siku = 90o. • Sudut datang yang menjadi sinar ini terpolarisasi disebut sudut Brewster (iP) tg iP = n2 n1 nn12 : indeks bias medium 1 : indeks bias medium 2 3. Polarisasi karena Pembiasan Ganda Polarisasi yang terjadi jika sinar dilewatkan pada sebuah bahan yang anisotropik (arah perjalanan cahaya di setiap titik di dalam bahan tersebut tidak sama). sinar keluar sinar masuk kristal 4. Polarisasi karena Penyerapan Selektif • Proses ini menggunakan dua lensa, polarisa- tor, dan analisator. • Mula-mula cahaya dilewatkan polarisator, 132

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA sehingga terpolarisasi. Untuk melihat bah-wa cahaya tersebut terpolarisasi, maka diguna­­­ kan keping yang sama sebagai analisator. Dengan memutar analisator pada sum- bu antara kedua keping, dapat teramati penurunan intensitas karena telah terjadi penyerapan. Io I I = 1 I0 cos2 θ 2 pol aris ator analisator I : intensitas cahaya setelah melalui analisator I0 : intensitas cahaya setelah melalui polarisator θ : sudut antara analisator dan polarisator 5. Polarisasi karena Hamburan Polarisasi juga dapat terjadi ketika cahaya tak terpolarisasi dilewatkan pada bahan, kemudian cahaya tersebut dihamburkan. cahaya terhambur c b a cahaya tak terpolarisasi a dan c : cahaya terpolarisasi sebagian b : cahaya terpolarisasi seluruhnya 133

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Contoh: Cahaya matahari dihamburkan oleh molekul- molekul di atmosfer, hingga langit terlihat biru, karena cahaya biru paling banyak dihamburkan. Soal dan Pembahasan 1. Sebuah gelombang merambat dari sumber S kekanan dengan laju 20 m/s, frekuensi 40 Hz, amplitudo 4 cm. Persamaan gelombang diberikan …. A. y = 2sin(5 t – .x) cm B. y = 2sin(10 t + 4 .x) cm C. y = 2sin(20 t – 4 .x) cm D. y = 4sin(40 t + 2 .x) cm E. y = 4sin(80 t – 4 .x) cm Pembahasan: Dari soal didapat • amplitudo: A = 4 cm • arah rambat ke kanan: tanda = negatif • frekuensi: f = 40 Hz • panjang gelombang: λ = v = 20 = 0,5 m f 40 Sehingga persamaan: Jawaban: E y = A sin (ω.t – k.x) ⇔ y = Asin(2 f.t – ) ⇔ y = 4sin(80 .t – 4 .x) 134

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 2. Suatu sumber bunyi bergerak dengan laju 30 m/s menjauh dari seorang pendengar yang juga bergerak menuju sumber dengan laju 20 m/s. Jika frekuensi dari sumber bunyi 640 Hz dan cepat rambat bunyi di udara adalah 300 m/s, maka pendengar akan mendengar bunyi dengan frekuensi … Hz. A. 600 C. 605 E. 615 B. 602 D. 610 Pembahasan: Dari rumus fp = v ± vp × fs v  vs Keterangan: Karena p mendekat, maka vp positif dan karena s menjauh, maka vs positif. Jadi: fp v + vp × fs = v + vs = 300 + 20 × 640 300 + 40 = 320 × 640 340 Jawaban: B = 602 Hz 3. Intensitas bunyi mesin jahit yang sedang bekerja 10-9 watt/m2, untuk intensitas ambang 10-12 watt/m2, maka taraf intensitas 10 mesin jahit identik yang sedang bekerja adalah … dB. (UNAS 2009) A. 400 B. 300 C. 40 D. 30 E. 20 135

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Pembahasan: Taraf intensitas satu mesin jahit: TI = 10.log  I  = 10.log  10−9  = 30 dB  Io   10−12      Jika 10 mesin dibunyikan bersama: Tln = TI1 + 10logn = 30 + 10.log(10) = 40 dB Jawaban: C 4. Sebuah atom memancarkan radiasi dengan panjang gelombang λ ketika sebuah elektronnya melakukan transisi dari tingkat energi E1 dan E2. Manakah dari persamaan berikut yang menyatakan hubungan antara λ, E1, dan E2? A. λ = h (E1 − E2 ) D. hc c λ = (E1 − E2 ) B. λ = hc(E1 − E2 ) E. λ = (E1 − E2 ) hc C. λ = c (E1 − E2 ) h Pembahasan: E1 − E2 = hc λ hc ⇔ λ = (E1 − E2 ) Jawaban: D 136

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA 5. Dua celah yang berjarak 1 mm, disinari cahaya merah dengan panjang gelombang 6,5 x 10-7 m. Garis gelap terang dapat diamati pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Jarak antara gelap ketiga dan terang kelima adalah … mm. A. 0,85 C. 2,55 E. 4,87 B. 1,62 D. 3,25 Pembahasan: Jarak 2 garis terang atau gelap berurutan: ∆p = d λ L Jarak antara gelap ke-3 dan terang ke-5: X = 2,5 ∆p t5 g5 X = 2, 5.  10−3 × 6,5 × 10−7  X gt44 =  1    t3 1,62 ×10−3 m g3 Jawaban: B 6. Gelombang berjalan pada permukaan air dengan data seperti gambar di bawah ini. arah rambat 4 A 0,5 1,5 P B (cm) 20 3,5 4,5 0 x 137

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Jika jarak AB = 4,5 cm ditempuh dalam selang waktu 0,5 sekon, maka simpangan titik P memenuhi persamaan .… A. YP = 2sin 2 (5t – x ) cm 1,8 B. YP = 2sin 2 (4,5t – x ) cm 2 C. YP = 4sin 2 (5t – x ) cm 5 D. YP = 4sin 2 (1,8t + x ) cm 5 x E. YP = 4sin 2 (4,5t – 6 ) cm Pembahasan: Dari gambar: amplitudo arah rambat 4 0,5 2,5 P A 2 0 1,5 3,5 4,5 0 λ panjang gelombang • Amplitudo: A = 4 – 2 = 2 cm • Arah rambat ke kanan: tanda = negatif • Panjang gelombang: λ = 2,5 – 0,5 = 2 cm • Frekuensi: f = j umla hwgaekltoumbang = 2,25 = 4,5 Hz 0,5 138

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA Sehingga persamaan: Jawaban: B Y = A sin (2 f.t – 2 x ) λ = 2sin2 (4,5t - x ) 2 7. Sebuah rangkaian osilator menghasilkan kuat medan listrik maksimum 3∏ x 104 N/C. Laju rata-rata dari energi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan adalah … 107 W/m2. π 3π 5π 8 8 8 A. C. E. B. π D. π 4 2 Pembahasan: Laju rata-rata energi gelombang: S = Em2 2µo .c = (3π ×104 )2 2(4π ×10−7 )(3 ×108 ) = 3π × 107 W/m 8 Jawaban: C 139



Strategi Kebut Semalam Fisika SMA BAB 4 OPTIK DAN ALAT OPTIK

Strategi Kebut Semalam Fisika SMA A. PEMANTULAN CAHAYA sinar datang N sinar pantul ir Hukum pemantulan cahaya: • Sinar datang, garis normal, sinar pantul ada pada satu bidang datar. • Sudut datang (i) = sudut pantul (r). 1. Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar h h1 s s1 Sifat-sifatnya: • Maya • Tegak seperti bendanya • Sama besar dengan bendanya • Jarak bayangan ke cermin = jarak benda ke cermin. Banyaknya bayangan dari dua buah cermin datar diletakkan saling membentuk sudut α: n = 3600 − 1 α 142